ملخصات الأبحاث

تكوُّن ثقوب سوداء هائلة في سُحُب الغاز قبل المجرِّية سريعة النمو

.J. Wise et al
  • Published online:

إنّ أصل الثقوب السوداء فائقة الحجم الموجودة في مراكز المجرّات الهائلة لا يزال غير واضح. وتُعَد الثقوب السوداء الناجمة عن الانهيار المباشر – وهي بقايا لنجوم فائقة الحجم، لها كتل تعادل 10,000 كتلة الشمس تقريبًا – المرشح المثالي لهذا الأصل، إلا أن وجود هذه الثقوب - في حد ذاته - وبيئة تكوُّنها في المراحل المبكرة من عمر الكون لا يزالان محل جدل، كما أن الندرة المفترَضة لهذه الثقوب تجعل نمذجة تكوُّنها أمرًا صعبًا. لقد أظهرت النماذج أن الانهيار السريع للغاز قبل المجرِّي (بمعدل انهيار كُتَلي أعلى من قيمة حرجة ما) في الهالات الخالية من المعادن شرط أساسي لتكوُّن لُبّ نجمي أوّلِي، يؤدي بعدها إلى تكوين نجم فائق الحجم.

في البحث المنشور، يقدم الباحثون محاكاة للهيدروديناميكيات الإشعاعية للتكوُّن المبكر للمجرّات، الذي يُنتِج هالات خالية من المعادن كبيرة الحجم بما يكفي، ولها معدلات انهيار كُتَلي مرتفعة بما يكفي لتكوُّن نجوم فائقة الحجم. ووجد الباحثون أن الهالات قبل المجرِّية، وسُحُب الغازات المصاحبة لها، التي تتعرض لشدة ليمان-فيرنر، تقدَّر تقريبًا بثلاثة أمثال شدة إشعاع الخلفية، والتي تمر بفترة واحدة - على الأقل - من النمو السريع للكتلة في وقت مبكر من تطورها، تعد بمثابة بيئات مثالية لتكوُّن النجوم فائقة الحجم. يحفز النمو السريع حدوث تسخين ديناميكيّ كبير؛ مما يضخِّم إخماد شدة ليمان-فيرنر، الذي ينشأ عن مجموعة من المجرّات اليافعة، الواقعة على بُعْد 20 كيلو فرسخًا فلكيًّا. والنتائج التي حصل عليها الباحثون تشير بقوة إلى أن ديناميكيات تكوُّن البِنْية، وليس تدفُّق حرج لليمان-فيرنر، هي المحرك الرئيس لتكوُّن ثقوب سوداء هائلة في المراحل المبكرة من عمر الكون. وتوصَّل الباحثون إلى أن أصول الثقوب السوداء الهائلة قد تكون أكثر شيوعًا بكثير مما كان يُعتقد سابقًا في المناطق مفرطة الكثافة في الكون المبكر، بكثافة عددية مسايِرة، تصل إلى 10-3 لكل ميجا فرسخ فلكي مكعب.

شكل 1 | التطور الحراري والكيميائي للبيئة السابقة مباشرةً لتكوُّن المجرات. أ–حـ، توقعات درجة الحرارة (برتقالي)، والخصائص المعدنية (أزرق؛ Zʘ هي الخصائص المعدنية للشمس)، وكثافة الغاز (أسود) لمنطقة قطرها 40 كيلو فرسخًا فلكيًّا، وبعمق 8 كيلو فراسخ فلكية متمركزة على الهالة الأكبر حجمًا (أ–د) والهالة المتعرضة لأعلى تدفق ليمان-فيرنر إشعاعي (هـ–حـ). توضح الأسهم كلًّا من الهالة الأكبر حجمًا، والهالة المتعرضة لأعلى تدفق ليمان-فيرنر إشعاعي. تنمو الكتل الساخنة والغنية بالمعادن حول المجرات المبكرة ونجوم التعداد III من z = 18 إلى = 15 62) z مليون سنة). وتشير الخطوط الكنتورية المنقوطة، والمتقطعة المنقوطة، والمتقطعة، والمتصلة إلى الأماكن التي يبلغ عندها متوسط تدفق ليمان-فيرنر 1J21، و3J21، و10J21، و30J21. وكلتا الهالتين المرشحتين اللتين تستضيفان تكوُّن ثقوب سوداء هائلة لها متوسط تدفق 3J21، تقعان مباشرةً خارج منطقة H II الكونية، وما زالتا غير متأثرتين بأيّ رياح خارجية غنية بالمعادن.

شكل 1 | التطور الحراري والكيميائي للبيئة السابقة مباشرةً لتكوُّن المجرات. أ–حـ، توقعات درجة الحرارة (برتقالي)، والخصائص المعدنية (أزرق؛ Zʘ هي الخصائص المعدنية للشمس)، وكثافة الغاز (أسود) لمنطقة قطرها 40 كيلو فرسخًا فلكيًّا، وبعمق 8 كيلو فراسخ فلكية متمركزة على الهالة الأكبر حجمًا (أ–د) والهالة المتعرضة لأعلى تدفق ليمان-فيرنر إشعاعي (هـ–حـ). توضح الأسهم كلًّا من الهالة الأكبر حجمًا، والهالة المتعرضة لأعلى تدفق ليمان-فيرنر إشعاعي. تنمو الكتل الساخنة والغنية بالمعادن حول المجرات المبكرة ونجوم التعداد III من z = 18 إلى = 15 62) z مليون سنة). وتشير الخطوط الكنتورية المنقوطة، والمتقطعة المنقوطة، والمتقطعة، والمتصلة إلى الأماكن التي يبلغ عندها متوسط تدفق ليمان-فيرنر 1J21، و3J21، و10J21، و30J21. وكلتا الهالتين المرشحتين اللتين تستضيفان تكوُّن ثقوب سوداء هائلة لها متوسط تدفق 3J21، تقعان مباشرةً خارج منطقة H II الكونية، وما زالتا غير متأثرتين بأيّ رياح خارجية غنية بالمعادن.

كبر الصورة